天然气水合物是一种极具开发潜力的非常规天然气资源,具有能量密度高、燃烧清洁、分布广泛、资源储量大等优点,吸引了世界各国学者的广泛关注,被视为未来煤炭、石油、天然气的替代能源。据估算,我国海域天然气水合物资源储量约为800亿吨油当量,是已探明石油储量的2倍,极具资源潜力和开发前景,实现天然气水合物资源的开采利用将对缓解我国资源短缺、优化能源结构、保障能源安全等具有重大的意义。然而,由于天然气水合物资源独特的成藏环境,天然气水合物资源开采导致的储层变形可能会诱发地质灾害,而开采效率问题也是限制其商业化开采的重要因素。因此,本文将重点围绕天然气水合物资源的安全、高效开采,对天然气水合物降压开采过程的储层响应特性和宏观产气特性展开研究,并从安全和效率两方面分析了天然气水合物开采所面临的问题。然后针对天然气水合物降压开采过程中能量供应不足问题,提出了基于压热调节的天然气水合物降压开采效率优化方法。本文系统研究了天然气水合物降压分解过程储层响应特性,研究结果表明:天然水合物分解引起储层传热特性和力学特性的变化,将影响天然气水合物开采的高效性和安全性。利用基于热敏电阻点热源的有效导热系数测量方法,研究获取了组分比例和组分属性对天然气水合物储层的传热特性的影响机制,并基于获取的实验数据提出了适用于天然气水合物沉积物的有效导热系数混合预测模型;利用CT可视化研究了天然气水合物分解过程气水运移、骨架结构改变和储层有效应力变化引起的砂子运移和储层压密变形特征,发现天然气水合物分解过程沉积物呈现收缩变形的特征,最大体变量可达到～1.4%,天然气水合物分解后,沉积层颗粒失去胶结作用,储层强度降低,影响天然气水合物开采过程储层的稳定性;通过分析天然气水合物降压分解过程的压力温度响应特征,解析了天然气水合物降压分解产气历程,发现了温度缓冲现象,并对各阶段天然气水合物分解产气的能量来源进行了分析,发现冰点以上和冰点以下的天然气水合物降压分解特性有所差异;通过对天然气水合物降压分解过程宏观产气特性的研究发现,产气压力降低,储层显热对天然气水合物分解的贡献增大,有利于产气效率的提升,但是,在低产气压力条件下,储层显热过度消耗,导致储层孔隙水结冰问题发生,影响开采效率。针对低产气压力下天然气水合物降压开采过程的能量供应不足问题,提出了基于压热调控的天然气水合物降压开采效率优化方法,并从实验和模拟两方面对其进行了分析。实验研究发现调整降压模式能够控制天然气水合物的分解速率,调节储层显热的消耗速率并强化环境传热对天然气水合物分解的贡献,防止结冰问题的发生;而注热能够直接向天然气水合物储层提供能量供给,有效促进天然气水合物降压分解的产气效率。模拟结果表明储层显热对天然气水合物分解的贡献随着产气压力的降低而增大,但是储层显热的贡献有限,环境传热是影响天然气水合物降压分解产气效率的重要因素;储层比热容和导热系数的提升有利于强化储层显热和环境传热对天然气水合物分解产气的促进作用;通过采用边界注热和微波空间加热的方式,能够为天然气水合物降压分解提供能量补充,有效促进天然气水合物的分解产气效率,边界注热温度和微波辐射能量密度越大,注热对天然气水合物分解产气的促进作用越明显。